JP5058522B2 - ステッパモータ装置及びステッパモータの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ステッパモータ装置及びステッパモータの制御方法に係り、特に、指針を駆動するステッパモータ装置及びステッパモータの制御方法に関するものである。

従来から、上述したステッパモータ装置を用いたものとして、例えば車両の指示装置が知られている。この指示装置は、各種センサの計測値を示す目盛りが設けられた文字板と、この文字板上の目盛りを指示する指針とを備え、この指針を駆動するムーブメントとしてステッパモータが用いられている。

このステッパモータ装置は、周期的に変化する駆動信号を供給し、周期的にステッパモータ内部の励磁コイルの励磁状態を変化させることにより、この励磁コイルに囲まれたマグネットロータに回転トルクを発生させてステッパモータを回転させる。

詳しくは、ステッパモータ装置は指針の現位置θ′と目標指示位置θとの差分である移動量（θ−θ′）に応じた位相分の駆動信号をステッパモータに供給して、上記移動量（θ−θ′）分、ステッパモータを回転させる。上記指針の現位置θ′と目標指示位置θとは、ステッパモータ装置内のメモリ内に格納されている。ステッパモータ装置は、ステッパモータに供給した駆動信号に基づいて上記指針の現位置θ′を更新すると共に、各種センサからの計測値に基づいて上記目標指示位置θを更新する。これにより、指針が上記文字板上の上記計測値を指示するようになる。

ところで、上述した指示装置は、車両の振動あるいは雑音が重畳している各種センサからの計測値の入力などの原因により、指針が本来移動すべき移動量（θ−θ′）と、実際の移動量とが異なる脱調を起こしてしまうことがある。そして、この脱調が繰り返されると、メモリに記憶された指針の現位置θ′と、文字板上の指針の現位置とが異なり、正確な指示を行うことができなくなってしまう。

そこで、このような問題を解決するために、ステッパモータに片とストッパとを設ける。片は、例えばステッパモータの回転を指針に伝動するための指針側のギアに設けた凸部であり、ステッパモータに連動して回転する。ストッパは、上記片と当接してステッパモータの回転を機械的に停止させる。このストッパは、片と当接したとき、指針が計測値０（又は基準位置：以下表記省略）を指示するように設ける。

そして、ステッパモータ装置は、例えば、イグニッションスイッチがオンして電源が投入される毎に、片がストッパに向かう復帰方向にステッパモータが回転するように駆動信号をステッパモータに供給して、片を強制的にストッパに当接させる。これにより、指針が強制的に計測値０で停止する。ステッパモータ装置はまた、メモリ内の現位置θ′を計測値０にリセットする。

以上の動作により、メモリに記憶された現位置θ′が計測値０にリセットされているとき、文字板上の指針も計測値０を指示することとなるため、メモリに記憶された指針の現位置θ′と、文字板上の指針の現位置との間の誤差をリセットすることができる。

なお、上記当接検出は、例えば、マグネットロータの回転に応じて誘導電圧が発生する検出コイルの両端電圧に基づき検出する。例えば、検出コイルの両端電圧が、閾値より大きいとき、高い誘導電圧が発生するマグネットロータの回転時であり、片がストッパに当接していないと判断する。

一方、閾値以下のとき、誘導電圧がほとんど発生しておらず、マグネットロータが片とストッパとの当接により機械的に停止されたことを検出する。また、検出コイルとして、ステッパモータの回転中に、無励磁に制御された励磁コイルを流用することも特許文献１に記載されている。

そして、ステッパモータ装置は、検出コイルにより当接を検出したときの駆動信号の位相を保持して復帰方向へのステッパモータの回転を停止させる。
特開２００３−１２５５９９号公報

上述したストッパと片との当接位置は、構成部品の雰囲気温度による熱膨張や経時変化によって変動する。このため、ストッパと片との当接を検出したときの駆動信号の位相から上記移動量（θ−θ′）に応じた位相分の駆動信号の出力を開始すると、雰囲気温度の変化や経時変化によって指針の指示位置が変動してしまうという問題があった。

そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、ストッパと被駆動部材との当接位置の変動に起因した指針の指示位置の変動を防止するステッパモータ装置及びステッパモータの制御方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、周期的に変化する駆動信号の供給に応じて回転して指針を駆動するステッパモータと、前記ステッパモータの回転に連動する被駆動部材と当接して前記ステッパモータの回転を機械的に停止させるストッパと、前記被駆動部材が前記ストッパに向かう復帰方向に前記ステッパモータが回転するように前記駆動信号を前記ステッパモータに供給する初期化駆動手段と、前記ステッパモータの回転により誘導電圧が生じる検出コイルと、前記初期化駆動手段による前記駆動信号の供給中に予め記憶された複数の検出位相になる毎に前記検出コイルに生じる誘導電圧の有無に基づいて前記被駆動部材と前記ストッパとの当接を検出する位置検出手段と、該位置検出手段が前記当接を検出したときの前記駆動信号の位相を保持して前記ステッパモータの前記復帰方向の回転を停止させる第１停止手段と、該第１停止手段による停止後に前記指針が目標指示位置に向かう方向に前記ステッパモータが回転するように前記駆動信号を前記ステッパモータに供給する通常駆動手段とを備えたステッパモータ装置において、所定位相を記憶するメモリと、前記第１停止手段による前記停止後に前記被駆動部材が前記ストッパから離れる正転方向に前記ステッパモータが回転するように前記駆動信号を前記ステッパモータに供給する正転駆動手段と、前記正転駆動手段によって供給される前記駆動信号が前記所定位相まで進んだとき当該所定位相を保持して前記ステッパモータの前記正転方向の回転を停止させる第２停止手段とを備え、前記通常駆動手段が、前記第２停止手段による前記停止後に前記ステッパモータを回転させることを特徴とするステッパモータ装置に存する。

請求項１記載の発明によれば、正転駆動手段が、第１停止手段による停止後に被駆動部材がストッパから離れる正転方向にステッパモータが回転するように駆動信号をステッパモータに供給し、第２停止手段が、正転駆動手段によって供給される駆動信号が所定位相まで進んだときその所定位相を保持してステッパモータの正転方向の回転を停止させ、通常駆動手段が、第２停止手段による停止後にステッパモータを回転させるので、構成部品の雰囲気温度による熱膨張や経時変化によってストッパと被駆動部材との当接位置が変動しても、常に駆動信号の所定位相、即ち同じ位置から通常駆動手段による回転を開始することができる。

請求項２記載の発明は、記憶命令に応じて前記初期化駆動手段及び前記位置検出手段の動作を開始させる駆動開始手段と、前記駆動開始手段による前記動作の開始に応じて前記位置検出手段が前記当接を検出したときの前記駆動信号の位相に対して所定位相差分、ズラした位相を前記所定位相として前記メモリ手段に記憶させる記憶手段とを備えていることを特徴とする請求項１記載のステッパモータ装置に存する。

請求項２記載の発明によれば、例えば指針を打ち込む前の段階で記憶命令を出力すると、駆動開始手段が、初期化駆動手段及び前記検出手段の動作を開始させ、記憶手段が、駆動開始手段による動作の開始に応じて位置検出手段が当接を検出したときの駆動信号の位相に対して所定位相差分、ズラした位相を所定位相としてメモリ手段に記憶させるので、記憶命令を出力した時点での被駆動部材とストッパとの当接位置に対して正回転方向に被駆動部材とストッパとの当接位置が変動したとしても、同じ位置から通常駆動手段による駆動を開始することができる。

請求項３記載の発明は、前記所定位相差が、２７０°に設定されていることを特徴とする請求項２記載のステッパモータ装置に存する。

請求項３記載の発明によれば、所定位相差が、２７０°に設定されているので、記憶命令を出力した時点での被駆動部材とストッパとの当接位置に対して正転方向及び復帰方向への当接位置のズレがそれぞれ１８０°以内であれば同じ位置から通常駆動手段による回転を開始することができる。

請求項４記載の発明は、ステッパモータに連動する駆動部材がストッパに向かう復帰方向に前記ステッパモータが回転するように周期的に変化する駆動信号を供給する初期化駆動工程と、前記初期化駆動工程中に予め記憶された複数の検出位相になる毎に検出コイルに生じる誘導電圧の有無に基づいて前記被駆動部材と前記ストッパとの当接を検出する位置検出工程と、該位置検出工程により前記当接を検出したときの前記駆動信号の位相を保持して前記ステッパモータの前記復帰方向の回転を停止させる第１停止工程と、該第１停止工程による停止後に前記ステッパモータによって駆動される指針が目標指示位置に向かう方向に前記ステッパモータが回転するように前記駆動信号を前記ステッパモータに供給する通常駆動工程とを順次行うステッパモータの制御方法において、前記第１停止工程と前記通常駆動工程との間に、前記第１停止工程による前記停止後に前記被駆動部材が前記ストッパから離れる正転方向に前記ステッパモータが回転するように前記駆動信号を前記ステッパモータに供給する正転駆動工程と、前記正転駆動工程によって供給される前記駆動信号がメモリ手段に記憶された所定位相まで進んだとき当該所定位相を保持して前記ステッパモータの前記正転方向の回転を停止させる第２停止工程とを順次行うことを特徴とするステッパモータの制御方法に存する。

請求項４記載の発明によれば、第１停止工程と通常駆動工程との間に、第１停止工程による停止後に被駆動部材がストッパから離れる正転方向にステッパモータが回転するように駆動信号をステッパモータに供給する正転駆動工程と、正転駆動工程によって供給される駆動信号が所定位相まで進んだとき当該所定位相を保持してステッパモータの正転方向の回転を停止させる第２停止工程とを順次行うので、構成部品の雰囲気温度による熱膨張や経時変化によってストッパと被駆動部材との当接位置が変動しても、常に駆動信号の所定位相、即ち同じ位置から通常駆動手段による回転を開始することができる。

請求項５記載の発明は、ステッパモータに連動する駆動部材がストッパに向かう復帰方向に前記ステッパモータが回転するように周期的に変化する駆動信号を供給する初期化駆動工程と、前記初期化駆動工程中に予め記憶された複数の検出位相になる毎に検出コイルに生じる誘導電圧の有無に基づいて前記被駆動部材と前記ストッパとの当接を検出する位置検出工程と、該位置検出工程により前記当接を検出したときの前記駆動信号の位相を保持して前記ステッパモータの前記復帰方向の回転を停止させる第１停止工程と、該第１停止工程による停止後に前記ステッパモータによって駆動される指針が目標指示位置に向かう方向に前記ステッパモータが回転するように前記駆動信号を前記ステッパモータに供給する通常駆動工程とを順次行うステッパモータの制御方法において、前記第１停止工程と前記通常駆動工程との間に、前記第１停止工程により保持されている位相とメモリ手段に記憶された所定位相との位相差分だけ、前記ストッパから離れる正転方向に前記ステッパモータが回転するように前記駆動信号を前記ステッパモータに供給する正転駆動工程と、前記正転駆動工程による前記駆動信号の供給が終了した後に、前記所定位相を保持して前記ステッパモータの前記正転方向の回転を停止させる第２停止工程とを順次行うことを特徴とするステッパモータの制御方法に存する。

請求項５記載の発明によれば、第１停止工程と通常駆動工程との間に、第１停止工程により保持されている位相とメモリ手段に記憶された所定位相との位相差分だけ、ストッパから離れる正転方向にストッパモータが回転するように駆動信号をステッパモータに供給する正転駆動工程と、正転駆動工程による駆動信号の供給が終了した後に、所定位相を保持してステッパモータの正転方向の回転を停止させる第２停止工程とを順次行うので、構成部品の雰囲気温度による熱膨張や経時変化によってストッパと被駆動部材との当接位置が変動しても、常に駆動信号の所定位相、即ち同じ位置から通常駆動手段による回転を開始することができる。

以上説明したように請求項１、５及び４記載の発明によれば、構成部品の雰囲気温度による熱膨張や経時変化によってストッパと被駆動部材との当接位置が変動しても、常に駆動信号の所定位相、即ち同じ位置から通常駆動手段による回転を開始することができるので、ストッパと被駆動部材との当接位置の変動に起因した指針の指示位置の変動を防止することができる。

請求項２記載の発明によれば、記憶命令を出力した時点での被駆動部材とストッパとの当接位置に対して正回転方向に被駆動部材とストッパとの当接位置が変動したとしても、同じ位置から通常駆動手段による駆動を開始することができるので、より一層確実に、ストッパと被駆動部材との当接位置の変動に起因した指針の指示位置の変動を防止することができる。

請求項３記載の発明によれば、記憶命令を出力した時点での被駆動部材とストッパとの当接位置に対して正転方向及び復帰方向への当接位置のズレがそれぞれ１８０°以内であれば同じ位置から通常駆動手段による回転を開始することができるので、より一層確実に、ストッパと被駆動部材との当接位置が変動に起因した指針の指示位置の変動を防止することができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明のステッパモータの駆動方法を実施したステッパモータ装置を組み込んだ指示装置を示す電気回路図である。図２は、図１に示す指示装置の分解斜示図である。この指示装置は、指針１と、この指針１を駆動するステッパモータ装置２とを備えている。指針１は、速度センサなどのセンサの計測値を示す目盛りが設けられた文字板（図２参照）上に設けられている。

ステッパモータ装置２は、ステッパモータ３と、このステッパモータ３を回転させる駆動装置４とを備えている。上述したステッパモータ３は、２つの励磁コイル５及び６と、励磁コイル５、６の励磁状態の変化に追従して回転するマグネットロータ７と、マグネットロータ７の駆動力を指針１に伝えるギア８と、図示しないケースとを備えている。

マグネットロータ７は、円盤状に設けられ、その外周に沿ってＮ極Ｓ極が交互に３極づつ着磁されている。ギア８は、互いに噛み合う３つから構成されている。そして、３つのギア８の一つはマグネットロータ７の回転軸に固定され、一つは指針１の回転軸に固定されている。残りの一つは、マグネットロータ７に固定されたギアと指針１に固定されたギアとの間に設けられている。

上記ステッパモータ装置２は、ステッパモータ３の回転に連動する被駆動部材としての片９と、片９と当接してステッパモータ３の回転を機械的に停止させるストッパ１０とを有している。片９は、上述したギア８のうち指針１の回転軸に固定されている他方に凸設されている。ストッパ１０は、ケースに凸設されている。

以下、片９がストッパ１０に向かうステッパモータ３の回転を復帰方向とする。これに対して、片９がストッパ１０から離れるステッパモータ３の回転を正転方向とする。

次に、駆動装置４の構成について説明する。駆動装置４は、励磁コイル５、６に接続されているマイクロコンピュータ１１（以下、μＣＯＭ１１）を備えている。μＣＯＭ１１は、プログラムに従って各種の処理を行う中央処理ユニット（ＣＰＵ）１２と、ＣＰＵ１２が行う処理プログラムなどを格納した読み出し専用のメモリであるＲＯＭ１３と、ＣＰＵ１２での各種の処理過程で利用するワークエリア、各種データを格納するデータ格納エリアなどを有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡＭ１４とを備えている。

上述したμＣＯＭ１１は、図３に示すようにデューティが周期的に変化するパルス状のＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号（駆動信号）をそれぞれ励磁コイル５、６に供給してステッパモータ３を回転させる。ＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号は、互いに位相が９０°異なる。なお、図３に示す例では、ＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号は連続的にデューティが変化しているが、実際には離散的にデューティを変化させている。

上記励磁コイル５の両端は各々スイッチ１５、１６を介して、μＣＯＭ１１に接続されている。これらスイッチ１５、１６は、上述したμＣＯＭ１１によって、オンオフ制御が行われる。さらに、励磁コイル５の両端は各々ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１７、１８を介してμＣＯＭ１１に接続される。これにより、μＣＯＭ１１には、スイッチ１５、１６をオフしたときに励磁コイル５に発生する誘導電圧が供給される。

上記励磁コイル６の両端は各々スイッチ１９、２０を介して、μＣＯＭ１１に接続されている。これらスイッチ１９、２０は、上述したμＣＯＭ１１によって、オンオフ制御が行われる。さらに、励磁コイル６の両端は各々ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２１、２２を介してμＣＯＭ１１に接続される。これにより、μＣＯＭ１１には、スイッチ１９、２０をオフしたときに励磁コイル６に発生する誘導電圧が供給される。

また、上述したμＣＯＭ１１には、ＥＥＰＲＯＭ２３が接続されている。このＥＥＰＲＯＭ２３は、書換可能なメモリ手段である。このＥＥＰＲＯＭ２３には、後述する位置検出処理を行う位相として、励磁コイル５、６が無励磁に制御される位相ＣＯＳ＋、ＣＯＳ−、ＳＩＮ＋（図３参照）が予め記憶されている。

上記ステッパモータ装置２は、ステッパモータ３を復帰方向に回転させるＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号を励磁コイル５、６に供給した場合、そのＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号の位相が例えばＳＩＮ＋になったときに片９とストッパ１０とが当接するように製造されている。そして、ＥＥＰＲＯＭ２３には、上記位相ＳＩＮ＋に対して２７０°ズレた位相ＣＯＳ＋が請求項中の所定位相として予め記憶されている。また、上述したμＣＯＭ１１には、図示しないイグニッションスイッチや、記憶命令スイッチが接続されている。さらに、上述したμＣＯＭ１１には、センサの計測値である目標指示位置θｉが入力されている。

次に、上述した指示装置の動作を図４及び図５に基づいて説明する。図４は、図１に示す指示装置を構成するＣＰＵ１２の指針駆動処理における処理手順を示すフローチャートである。図５は、図４に示す初期化駆動処理におけるＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号の位相の変化と位置検出処理のタイミングとを示すタイミングチャートである。まず、ＣＰＵ１２は、車両のイグニッションスイッチのオンに応じて図４に示す指針駆動処理を開始する。

指針駆動処理において、ＣＰＵ１２は、初期化駆動手段として働き、片９がストッパ１０に向かう復帰方向にステッパモータ３が回転するようにＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号を励磁コイル５、６に供給する初期化駆動処理を行う（ステップＳ１）。このとき、ＣＰＵ１２は、図５に示すように、ＥＥＰＲＯＭ２３内に所定位相として記憶されている位相ＣＯＳ＋からＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号の供給を開始する。

初期化駆動処理においてＣＰＵ１２は、図５に示すように、位相ＣＯＳ＋から位相ＳＩＮ−まで自起動周波数以下でステッパモータ３を回転させる同期化処理を行う。自起動周波数とは、停止状態のステッパモータ３が励磁状態の変化に追従して回転状態に遷移することができる回転周波数の最大値である。その後、ＣＰＵ１２は、位相ＳＩＮ−から位相ＳＩＮ＋までステッパモータ３の回転を加速する加速処理を行う。

そして、ＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号の位相がＳＩＮ＋になると、ＣＰＵ１２は、位置検出手段として働き、位置検出処理に進む（ステップＳ２）。位置検出処理において、ＣＰＵ１２は、ＳＩＮ信号が供給されている方の励磁コイル５、６（即ち無励磁状態に制御される励磁コイル５、６）の両端に接続されたスイッチ１５、１６、１９、２０をオフにする。これにより、無励磁状態に制御される励磁コイル５、６をオープンにすることができ、ステッパモータ３が回転状態であれば励磁コイル５、６には誘導電圧が生じるようになる。

そして、ＣＰＵ１２は、ＬＰＦ１７、１８、２１、２２を介して供給される励磁コイル５、６に生じる両端電圧から誘導電圧の有無を判断し、片９とストッパ１０とが当接したか否かを判断する。ステップＳ２の位置検出処理により、片９とストッパ１０とが当接していないと判断すると（ステップＳ３でＮ）、ＣＰＵ１２は、再びステップＳ１に戻る。

ステップＳ１に戻ると、ＣＰＵ１２は、ステッパモータ３を等速回転させる。そして、ＣＰＵ１２は、ＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号がＥＥＰＲＯＭ２３に記憶された位置検出処理を行う位相ＣＯＳ＋、ＣＯＳ−、ＳＩＮ＋になる毎に、位置検出処理に進む（ステップＳ２）。

これに対して、ステップＳ２の位置検出処理により、片９とストッパ１０とが当接したことを判断すると（ステップＳ３でＹ）、ＣＰＵ１２は、第１停止手段として働き、当接を検出したときのＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号の位相である位相ＣＯＳ＋、ＣＯＳ−、ＳＩＮ＋を保持してステッパモータ３の復帰方向の回転を停止させる第１停止処理を行う（ステップＳ４）。

第１停止処理による停止後、ＣＰＵ１２は、正転駆動手段として働き、片９がストッパ１０から離れる正転方向にステッパモータ３が回転するようにＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号をステッパモータ３に供給する正転駆動処理を行う（ステップＳ５）。次に、ＣＰＵ１２は、第２停止手段として働き、正転駆動処理によって供給されるＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号が所定位相である位相ＣＯＳ＋まで進んだとき位相ＣＯＳ＋を保持してステッパモータ３の正転方向の回転を停止させる第２停止処理を行う（ステップＳ６）。

即ち、ＣＰＵ１２は、正転駆動処理において第１停止処理により保持されている位相ＣＯＳ＋、ＣＯＳ−又はＳＩＮ＋と所定位相である位相ＣＯＳ＋との位相差である３６０°、２７０°又は１８０°分だけ、正転方向にステッパモータ３が回転するような駆動信号を供給し、第２停止処理において正転駆動処理による駆動信号の供給が終了した後に、所定位相である位相ＣＯＳ＋を保持してステッパモータ３の正転方向の回転を停止させている。

その後、ＣＰＵ１２は、通常駆動手段として働き、指針１が目標指示位置θｉに向かう方向にステッパモータ３が回転するようにＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号をステッパモータ３に供給する通常駆動処理を行う（ステップＳ７）。その後、通常駆動処理は、イグニッションスイッチがオフになるまで繰り返し行われる。イグニッションスイッチがオフになると（ステップＳ８でＹ）、ＣＰＵ１２は、再び片９がストッパ１０に向かう復帰方向にステッパモータ３が回転するようにＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号を励磁コイル５、６に供給する帰零処理を行う（ステップＳ９）。

そして、帰零処理は一定時間又は指針１が文字板上の０目盛位置に戻るまで行われる。なお、一定時間は、指針１が文字板に形成された目盛り上の最大値を指示する指示位置から０に戻すまでにかかる時間以上の値に設定されている。その後、一定時間が経過すると（ステップＳ１０でＹ）、ＣＰＵ１２は、電源をオフして（ステップＳ１１）、指針駆動処理を終了する。

以上の動作によれば、図５に示すように、ステップＳ１の初期化駆動処理においては、位相ＣＯＳ＋からＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号の供給が開始される。さらに、１サイクル目は、位相ＳＩＮ＋、ＣＯＳ＋で位置検出処理が行われ、２サイクル目以降は、位相ＣＯＳ−、ＳＩＮ＋、ＣＯＳ＋で位置検出処理が行われる。

片９とストッパ１０との当接位置が位相ＣＯＳ−から位相ＣＯＳ＋よりも復帰方向側までの範囲内で変動すると（即ち、製造時の当接位置である位相ＳＩＮ＋に対して正転方向に電気角１８０°内で変動すると）、図５、図６（Ａ）に示すように製造時と同様に位相ＳＩＮ＋で当接が検出される。このとき、ＣＰＵ１２は、電気角２７０°分、正転方向にステッパモータ３を回転させてＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号の位相をＣＯＳ＋にする。

例えば、図６（Ａ）中、位相θ_T1で片９とストッパ１０とが当接すると、位相ＳＩＮ＋で当接が検出される。このとき、初期化駆動処理において位相θ_T1から位相ＳＩＮ＋までの間は、ステッパモータ３の回転が停止した状態でＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号の位相が変化する。このため、正転駆動処理によって位相ＣＯＳ＋から電気角２７０°分、正転方向にステッパモータ３を回転させるＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号を供給しても、ステッパモータ３には、位相ＳＩＮ＋から位相θ_T1の間は正転方向の回転トルクが発生しない。つまり、ステッパモータ３は停止状態を維持している。

その後、ステッパモータ３には、位相θ_T1から位相ＣＯＳ＋までの間は正転方向の回転トルクが発生する。以上のことから明らかなように、正転駆動処理によって正転方向に電気角２７０°分のＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号を供給しても、ステッパモータ３は電気角２７０°から位相ＳＩＮ＋と位相θ_T1との位相差Δθを差し引いた分（＝２７０°−Δθ）しか正回転しない。

また、片９とストッパ１０との当接位置が位相ＳＩＮ＋よりも復帰方向側から位相ＣＯＳ＋までの範囲内で変動すると（即ち、製造時の当接位置である位相ＳＩＮ＋に対して復帰方向又は正転方向に電気角１８０°内で変動すると）、図５、図６（Ｂ）、（Ｃ）に示すように位相ＣＯＳ−又は位相ＣＯＳ＋で当接が検出される。位相ＣＯＳ−で当接が検出されると、ＣＰＵ１２は、図６（Ｂ）に示すように、電気角１８０°分、正転方向にステッパモータ３を回転させてＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号の位相をＣＯＳ＋にする。

同様に、例えば、図６（Ｂ）中、位相θ_T2で片９とストッパ１０とが当接すると、位相ＣＯＳ−で当接が検出される。このとき、初期化駆動処理において位相θ_T2から位相ＣＯＳ−までの間は、ステッパモータ３の回転が停止した状態でＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号の位相が変化する。このため、正転駆動処理によって位相ＣＯＳ−から電気角１８０°分、正転方向にステッパモータ３を回転させるＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号を供給しても、ステッパモータ３には、位相ＣＯＳ−から位相θ_T2の間は正転方向の回転トルクが発生しない。つまり、ステッパモータ３は停止状態を維持している。

その後、ステッパモータ３には、位相θ_T2から位相ＣＯＳ＋までの間は正転方向の回転トルクが発生する。以上のことから明らかなように、正転駆動処理によって正転方向に電気角１８０°分のＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号を供給しても、ステッパモータ３は電気角１８０°から位相ＣＯＳ−と位相θ_T1との位相差Δθを差し引いた分（＝１８０°−Δθ）しか正回転しない。

一方、位相ＣＯＳ＋で当接が検出されると、ＣＰＵ１２は、図６（Ｃ）に示すように、電気角３６０°分、正転方向にステッパモータ３を回転させてＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号の位相をＣＯＳ＋にする。同様に、例えば、図６（Ｃ）中、位相θ_T3で片９とストッパ１０とが当接すると、位相ＣＯＳ＋で当接が検出される。このとき、初期化駆動処理において位相θ_T3から位相ＣＯＳ＋までの間は、ステッパモータ３の回転が停止した状態でＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号の位相が変化する。このため、正転駆動処理によって位相ＣＯＳ＋から電気角３６０°分、正転方向にステッパモータ３を回転させるＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号を供給しても、ステッパモータ３には、位相ＣＯＳ＋から位相θ_T3の間は正転方向の回転トルクが発生しない。つまり、ステッパモータ３は停止状態を維持している。

その後、ステッパモータ３には、位相θ_T3から位相ＣＯＳ＋までの間は正転方向の回転トルクが発生する。以上のことから明らかなように、正転駆動処理によって正転方向に電気角３６０°分のＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号を供給しても、ステッパモータ３は電気角３６０°から位相ＣＯＳ＋と位相θ_T3との位相差Δθを差し引いた分（＝３６０°−Δθ）しか正回転しない。

これにより、常にＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号の位相ＣＯＳ＋、即ち同じ位置から通常駆動処理による回転を開始することができるので、片９とストッパ１０との当接位置の変動に起因した指針１の指示位置の変動を防止することができる。

また、上述した指針装置によれば、位相ＳＩＮ−では励磁コイル５、６の何れか一方が無励磁に制御されているにもかかわらず、位置検出処理が行われない。これにより、同期化処理、加速処理を行っている間、位置検出処理によって当接検出を行わないようにするためである。同期化処理や加速処理を行っている間、ステッパモータ３の回転速度が遅く、励磁コイル５、６の両端には高い誘導電圧が発生しない。これを、当接検出と誤検出するのを防止するために、同期化処理、加速処理を行っている間、位置検出処理によって当接検出を行わないようにする。

なお、上述した実施形態では、２サイクル目以降になっても、位相ＳＩＮ−で当接検出を行わないようにしているが、２サイクル目以降であれば位相ＳＩＮ−で当接検出を行うようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、初期化駆動処理において、製造時の当接位置である位相ＳＩＮ＋に対して２７０°ズレた位相ＣＯＳ＋から復帰方向のＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号を供給している。これにより、当接位置が製造時に対して変動しておらず、しかも脱調が生じていなければ、同期化処理、加速処理終了後、直ぐに当接を検出してステッパモータ３の回転を停止することができ、指針１の挙動角度を低減することができる。上述した実施形態では、同期化処理、加速処理を行うのに２７０°電気角が必要であったが、例えば同期化処理、加速処理を行うのに１８０°電気角が必要であれば、製造時の当接位置である位相ＳＩＮ＋に対して正転方向に電気角１８０°ずらした位相から初期化駆動処理を開始してもよい。

なお、上述した実施形態では、ステッパモータ３を復帰方向に回転させるＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号を励磁コイル５、６に供給した場合、そのＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号の位相が例えばＳＩＮ＋になったときに片９とストッパ１０とが当接するように製造していた。しかしながら、マグネットロータ７の着磁状態のバラツキなどに起因して全ての製品について位相ＳＩＮ＋でストッパ１０と当接するように製造することは難しく、製品毎に位相ＣＯＳ＋で片９とストッパ１０との当接したり、位相ＳＩＮ−で片９とストッパ１０とが当接したりする。その為、上述した所定位相を記憶させるための書込み処理が予め実施されている。

具体的には、図示しない記憶命令スイッチが押されると、ＣＰＵ１２は、駆動開始手段として働き、上記書込み処理を開始させ、図４に示すステップＳ１、ステップＳ２の初期化駆動処理及び位置検出処理を開始させる。次に、ＣＰＵ１２ａは、記憶手段として働き、位置検出処理により当接を検出したときの駆動信号の位相に対して所定位相差である２７０°分、ズレした位相を所定位相としてＥＥＰＲＯＭ２３などのメモリ内に記憶させる。

以上の指針装置によれば、記憶命令スイッチを操作した時点での片９とストッパ１０との当接位置に対して２７０°ズレた位相を所定位相として記憶させることにより、記憶命令スイッチを操作した時点での片９とストッパ１０との当接位置に対して正回転方向に片９とストッパ１０との当接位置が変動したとしても、同じ位置から通常駆動処理による駆動を開始することができる。このため、より一層確実に、片９とストッパ１０との当接位置の変動に起因した指針１の指示位置の変動を防止することができる。

また、上述した実施形態では、ＣＯＳ＋から初期化駆動処理を開始していたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、ＳＩＮ−から開始してもよい。このとき、上述した図４に示す初期化駆動処理におけるＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号の位相の変化と位置検出処理とのタイミングとを示すタイミングチャートは図７に示すようになる。

即ち、初期化駆動処理においては、位相ＳＩＮ−からＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号の供給が開始される。さらに、１サイクル目は、位相ＣＯＳ＋、ＳＩＮ−で位置検出処理が行われ、２サイクル目以降は、位相ＳＩＮ＋、ＣＯＳ＋、ＳＩＮ−で位置検出処理が行われる。

また、例えば、ＳＩＮ＋から開始してもよい。このとき、上述した図４に示す初期化駆動処理におけるＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号の位相の変化と位置検出処理とのタイミングとを示すタイミングチャートは図８に示すようになる。即ち、初期化駆動処理においては、位相ＳＩＮ＋からＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号の供給が開始される。さらに、１サイクル目は、位相ＣＯＳ−、ＳＩＮ＋で位置検出処理が行われ、２サイクル目以降は、位相ＳＩＮ−、ＣＯＳ−、ＳＩＮ＋で位置検出処理が行われる。

また、ＣＯＳ−から開始してもよい。このとき、上述した図４に示す初期化駆動処理におけるＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号の位相の変化と位置検出処理とのタイミングとを示すタイミングチャートは図９に示すようになる。即ち、初期化駆動処理においては、位相ＣＯＳ−からＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号の供給が開始される。さらに、１サイクル目は、位相ＳＩＮ−、ＣＯＳ−で位置検出処理が行われ、２サイクル目以降は、位相ＣＯＳ＋、ＳＩＮ−、ＣＯＳ−で位置検出処理が行われる。

また、上述した実施形態では、誘導電圧の検出する検出コイルとして励磁コイル５、６を流用していたが、例えば励磁コイル５、６と別途に設けたコイルにより誘導電圧を検出するようにしてもよい。しかしながら、コスト的には、励磁コイル５、６を流用する方が部品点数を増やす必要がないため好ましい。

また、上述した実施形態では、所定位相差が２７０°に設定されていたが、本発明はこれに限ったものではない。所定位相差は３６０°以内であれば何度でもよいが、２７０°が最も好ましい。

また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明のステッパモータの駆動方法を実施したステッパモータ装置を組み込んだ指示装置を示す図である。 図１に示す指示装置の分解斜示図である。 励磁コイルに供給されるＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号のタイムチャートである。 図１に示す指示装置を構成するＣＰＵの指針駆動処理における処理手順を示すフローチャートである。 図４に示す初期化駆動処理におけるＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号の位相の変化と位置検出処理のタイミングとを示すタイミングチャートである。 （Ａ）〜（Ｃ）は本発明のステッパモータ装置の効果を説明するための説明図である。 図４に示す初期化駆動処理におけるＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号の位相の変化と位置検出処理のタイミングとを示すタイミングチャートである。 図４に示す初期化駆動処理におけるＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号の位相の変化と位置検出処理のタイミングとを示すタイミングチャートである。 図４に示す初期化駆動処理におけるＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号の位相の変化と位置検出処理のタイミングとを示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ 指針
２ ステッパモータ装置
３ ステッパモータ
９ 片（被駆動部材）
５ 励磁コイル（検出コイル）
６ 励磁コイル（検出コイル）
１０ ストッパ
１２ ＣＰＵ（初期化駆動手段、位置検出手段、第１停止手段、正転駆動手段、第２停止手段、通常駆動手段、駆動開始手段、記憶手段）
２３ ＥＥＰＲＯＭ（メモリ手段）

Claims (5)

1. 周期的に変化する駆動信号の供給に応じて回転して指針を駆動するステッパモータと、前記ステッパモータの回転に連動する被駆動部材と当接して前記ステッパモータの回転を機械的に停止させるストッパと、前記被駆動部材が前記ストッパに向かう復帰方向に前記ステッパモータが回転するように前記駆動信号を前記ステッパモータに供給する初期化駆動手段と、前記ステッパモータの回転により誘導電圧が生じる検出コイルと、前記初期化駆動手段による前記駆動信号の供給中に予め記憶された複数の検出位相になる毎に前記検出コイルに生じる誘導電圧の有無に基づいて前記被駆動部材と前記ストッパとの当接を検出する位置検出手段と、該位置検出手段が前記当接を検出したときの前記駆動信号の位相を保持して前記ステッパモータの前記復帰方向の回転を停止させる第１停止手段と、該第１停止手段による停止後に前記指針が目標指示位置に向かう方向に前記ステッパモータが回転するように前記駆動信号を前記ステッパモータに供給する通常駆動手段とを備えたステッパモータ装置において、
   所定位相を記憶するメモリと、
   前記第１停止手段による前記停止後に前記被駆動部材が前記ストッパから離れる正転方向に前記ステッパモータが回転するように前記駆動信号を前記ステッパモータに供給する正転駆動手段と、
   前記正転駆動手段によって供給される前記駆動信号が前記所定位相まで進んだとき当該所定位相を保持して前記ステッパモータの前記正転方向の回転を停止させる第２停止手段とを備え、
   前記通常駆動手段が、前記第２停止手段による前記停止後に前記ステッパモータを回転させることを特徴とするステッパモータ装置。
2. 記憶命令に応じて前記初期化駆動手段及び前記位置検出手段の動作を開始させる駆動開始手段と、
   前記駆動開始手段による前記動作の開始に応じて前記位置検出手段が前記当接を検出したときの前記駆動信号の位相に対して所定位相差分、ズラした位相を前記所定位相として前記メモリ手段に記憶させる記憶手段と
   を備えていることを特徴とする請求項１記載のステッパモータ装置。
3. 前記所定位相差が、２７０°に設定されていることを特徴とする請求項２記載のステッパモータ装置。
4. ステッパモータに連動する駆動部材がストッパに向かう復帰方向に前記ステッパモータが回転するように周期的に変化する駆動信号を供給する初期化駆動工程と、前記初期化駆動工程中に予め記憶された複数の検出位相になる毎に検出コイルに生じる誘導電圧の有無に基づいて前記被駆動部材と前記ストッパとの当接を検出する位置検出工程と、該位置検出工程により前記当接を検出したときの前記駆動信号の位相を保持して前記ステッパモータの前記復帰方向の回転を停止させる第１停止工程と、該第１停止工程による停止後に前記ステッパモータによって駆動される指針が目標指示位置に向かう方向に前記ステッパモータが回転するように前記駆動信号を前記ステッパモータに供給する通常駆動工程とを順次行うステッパモータの制御方法において、
   前記第１停止工程と前記通常駆動工程との間に、
   前記第１停止工程による前記停止後に前記被駆動部材が前記ストッパから離れる正転方向に前記ステッパモータが回転するように前記駆動信号を前記ステッパモータに供給する正転駆動工程と、
   前記正転駆動工程によって供給される前記駆動信号がメモリ手段に記憶された所定位相まで進んだとき当該所定位相を保持して前記ステッパモータの前記正転方向の回転を停止させる第２停止工程とを順次行うことを特徴とするステッパモータの制御方法。
5. ステッパモータに連動する駆動部材がストッパに向かう復帰方向に前記ステッパモータが回転するように周期的に変化する駆動信号を供給する初期化駆動工程と、前記初期化駆動工程中に予め記憶された複数の検出位相になる毎に検出コイルに生じる誘導電圧の有無に基づいて前記被駆動部材と前記ストッパとの当接を検出する位置検出工程と、該位置検出工程により前記当接を検出したときの前記駆動信号の位相を保持して前記ステッパモータの前記復帰方向の回転を停止させる第１停止工程と、該第１停止工程による停止後に前記ステッパモータによって駆動される指針が目標指示位置に向かう方向に前記ステッパモータが回転するように前記駆動信号を前記ステッパモータに供給する通常駆動工程とを順次行うステッパモータの制御方法において、
   前記第１停止工程と前記通常駆動工程との間に、
   前記第１停止工程により保持されている位相とメモリ手段に記憶された所定位相との位相差分だけ、前記ストッパから離れる正転方向に前記ステッパモータが回転するように前記駆動信号を前記ステッパモータに供給する正転駆動工程と、
   前記正転駆動工程による前記駆動信号の供給が終了した後に、前記所定位相を保持して前記ステッパモータの前記正転方向の回転を停止させる第２停止工程とを順次行うことを特徴とするステッパモータの制御方法。

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